一種湖泊水體凈化裝置及其處理方法

陶 陪

（浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 寧波 315000）

1 問題的提出

在城市的形成和發(fā)展中，湖泊具有供應(yīng)水源、提供綠地、保護(hù)環(huán)境、交通運(yùn)輸和文化教育等各項(xiàng)生態(tài)功能，現(xiàn)有的水體凈化處理裝置體積龐大，成本較高，并且實(shí)際操作復(fù)雜，不便于后期的維護(hù)和清理。而且裝置的負(fù)擔(dān)較大，容易造成超負(fù)載工作，導(dǎo)致其壽命較短，需要經(jīng)常維修，后期維護(hù)的成本高。另外處理的流程較少，只經(jīng)過一道或者兩道的處理，處理時(shí)間較短，導(dǎo)致處理效果不佳。本文針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的諸多不足提出一種湖泊水體凈化裝置及其處理方法，通過除雜腔、沉淀腔和曝氣腔的依次處理，減輕裝置的工作負(fù)擔(dān)，同時(shí)提高處理效率，使得處理后的水質(zhì)高。

2 水體凈化裝置

為了解決上述技術(shù)問題，本文研究并提出了一種城市湖泊水體凈化裝置，如圖1。湖泊水體凈化裝置包括凈化機(jī)體和進(jìn)水口。進(jìn)水口設(shè)置在凈化機(jī)體的上端，凈化機(jī)體的內(nèi)部從上往下依次設(shè)有除雜腔、沉淀腔和曝氣腔。除雜腔位于進(jìn)水口的正下方，除雜腔內(nèi)設(shè)有一對(duì)除雜滾輪，除雜滾輪上均勻設(shè)有除雜刷毛，除雜滾輪的下方設(shè)有傾斜的緩沖板，緩沖板上均勻設(shè)有凸棱。除雜腔和沉淀腔之間設(shè)有過濾板，沉淀腔外設(shè)有藥劑箱，藥劑箱上設(shè)有伸入沉淀腔內(nèi)的藥劑管，藥劑管上設(shè)有藥劑噴頭。沉淀腔與曝氣腔之間設(shè)有移動(dòng)板，移動(dòng)板上設(shè)有與沉淀腔的下端出口相匹配的通孔，通孔內(nèi)設(shè)有過濾網(wǎng)，移動(dòng)板的兩端分別延伸至凈化機(jī)體的外側(cè)。凈化機(jī)體的一側(cè)設(shè)有驅(qū)動(dòng)移動(dòng)板的推動(dòng)機(jī)構(gòu)，凈化機(jī)體的另一側(cè)設(shè)有限位機(jī)構(gòu)，曝氣腔內(nèi)設(shè)有曝氣管，曝氣管豎直設(shè)置在沉淀腔的底部，曝氣管上設(shè)有至少兩個(gè)上下水平分布的曝氣支管，曝氣支管與曝氣管相連通[1]。

圖1 湖泊水體凈化裝置結(jié)構(gòu)示意圖

緩沖板設(shè)有兩個(gè)，兩個(gè)緩沖板分別一上一下設(shè)置在除雜腔的左右兩側(cè)。緩沖板的一端與除雜腔的側(cè)面鉸接，除雜腔的外側(cè)設(shè)有移動(dòng)氣缸，移動(dòng)氣缸的活塞桿伸入除雜腔內(nèi)并鉸接有推動(dòng)桿，推動(dòng)桿的另一端鉸接在緩沖板的底部。設(shè)置的兩個(gè)緩沖板高度錯(cuò)落設(shè)置，形成高度差，使得水體從上一個(gè)緩沖板跌落到下一個(gè)緩沖板時(shí)，進(jìn)一步減緩水速和沖力，同時(shí)起到跌水充氧效果，設(shè)置的移動(dòng)氣缸通過推動(dòng)桿推動(dòng)緩沖板，從而改變緩沖板的傾斜角度，調(diào)控水體的流速，使其更適應(yīng)后續(xù)的凈化處理。

沉淀腔內(nèi)設(shè)有橫向分布的攪動(dòng)輥，攪動(dòng)輥位于藥劑管的下方，沉淀腔外設(shè)有驅(qū)動(dòng)攪動(dòng)輥轉(zhuǎn)動(dòng)的攪動(dòng)電機(jī)，攪動(dòng)輥的圓周面上均勻設(shè)有攪動(dòng)板。設(shè)置的攪動(dòng)輥使得藥劑與水體之間的接觸面積更廣，加快藥劑與水體之間的反應(yīng)速度，提高藥劑處理效果。

曝氣管的上方設(shè)有一對(duì)吸附輥，吸附輥的一端連接有驅(qū)動(dòng)裝置，如圖2 所示。吸附輥上套設(shè)有吸附架，吸附架上設(shè)有相對(duì)稱的吸附槽，吸附槽內(nèi)設(shè)有吸附層，如圖3 所示。吸附層的兩側(cè)均設(shè)有連接條，相鄰連接條上套接有連接套，通過連接套將兩個(gè)吸附層固定在同一個(gè)吸附架上。驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)吸附輥轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)吸附輥轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，水體與吸附層全方位接觸，提高吸附層對(duì)水體中有害物質(zhì)的吸附作用，擴(kuò)大吸附面積，改善吸附效果；通過連接套將吸附層安裝在吸附輥上，便于吸附層的安裝和拆卸，當(dāng)吸附層使用壽命到期后，可立即進(jìn)行更換，有效保證曝氣腔內(nèi)良好的吸附能力。

圖2 吸附輥與驅(qū)動(dòng)裝置的連接示意圖

圖3 吸附層的安裝結(jié)構(gòu)示意圖

驅(qū)動(dòng)裝置包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、主動(dòng)齒輪和被動(dòng)齒輪，其中一個(gè)吸附輥與主動(dòng)齒輪連接，另一個(gè)吸附輥與被動(dòng)齒輪連接，主動(dòng)齒輪與被動(dòng)齒輪相嚙合，驅(qū)動(dòng)電機(jī)與主動(dòng)齒輪上的吸附輥連接[2]。設(shè)置的驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)齒輪上的吸附輥轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)齒輪帶動(dòng)與其嚙合的被動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使另一根吸附輥轉(zhuǎn)動(dòng)，只需一臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)即可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)吸附輥的轉(zhuǎn)動(dòng)。這種驅(qū)動(dòng)方式簡(jiǎn)單，減少驅(qū)動(dòng)設(shè)備，降低能耗，節(jié)省資源，便于維修和替換，還可以設(shè)置多個(gè)吸附輥以及多個(gè)相互嚙合的齒輪，實(shí)現(xiàn)多個(gè)吸附輥的轉(zhuǎn)動(dòng)吸附功能。

吸附輥的上方設(shè)有噴淋裝置，噴淋裝置包括安裝支架、集水斗、噴淋管和噴淋頭，集水斗通過安裝支架安裝曝氣腔的上部，集水斗的上端位于沉淀腔下端出口的正下方，集水斗的下端與噴淋管相連通，噴淋頭均勻布設(shè)在噴淋管上。設(shè)置的集水斗用來收集從沉淀腔中流出的水體，然后沿著噴淋管從噴水頭處噴出，從而使得水體呈霧滴狀，加大了水體的表面積和擴(kuò)散范圍，使得水體與吸附層之間的接觸面積更廣，吸附層對(duì)水體中有害物質(zhì)的吸附效果更好，提高吸附效率[3]。

曝氣支管呈圓環(huán)狀，曝氣支管的表面均勻設(shè)有曝氣孔，曝氣支管環(huán)設(shè)在曝氣管的周邊，曝氣支管與曝氣管之間設(shè)有連通管，曝氣支管的直徑從上往下依次增大。水體的表層含氧量大于的底層的含氧量，因此曝氣支管從上往下依次增大的設(shè)置使得對(duì)水體底層的充氧量大于對(duì)水體表層的充氧量，符合水體氧氣分布狀態(tài)，并使得氧氣充滿整個(gè)水體，充氧曝氣效果好。

3 凈化裝置處理方法

采用如上述一種湖泊水體凈化裝置進(jìn)行的處理方法，包括如下步驟：

3.1 抽水進(jìn)機(jī)

將進(jìn)水口通過抽水管與湖泊連通，開啟抽水管上的抽水機(jī)，將湖泊中的水體從抽水管通過進(jìn)水口進(jìn)入到凈化機(jī)體內(nèi)進(jìn)行凈化處理，同時(shí)利用抽水管上的流量計(jì)查看進(jìn)水速度，控制進(jìn)水流量，避免水量超出凈化裝置的最大凈化量。

3.2 除雜處理

先是從進(jìn)水口進(jìn)入的湖水首先進(jìn)入到除雜腔內(nèi)，除雜滾輪在除雜電機(jī)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，湖水從除雜滾輪間通過，與除雜刷毛接觸，湖水中夾帶的雜草、苔蘚、浮萍等雜質(zhì)被鉤掛在除雜刷毛上，從而去除了湖水中的大體積雜質(zhì)，避免對(duì)后續(xù)的處理造成干擾和堵塞。

再經(jīng)過除雜滾輪清理后的湖水依次流入到兩個(gè)緩沖板上，兩個(gè)緩沖板的落差使得湖水產(chǎn)生跌水效應(yīng)，擴(kuò)大湖水與空氣的接觸面積，補(bǔ)充了湖水中的氧氣，提高了水質(zhì)。緩沖板還使湖水的流速減緩，便于后續(xù)的處理。同時(shí)緩沖板上的凸棱阻擋了湖水中的泥沙等顆粒雜質(zhì)，使得顆粒雜質(zhì)滯留在緩沖板上，進(jìn)一步清理湖水，使得湖水變得澄清，提高了湖水質(zhì)量。

3.3 沉淀處理

除雜腔內(nèi)的湖水通過過濾板進(jìn)入到沉淀腔后，藥劑管從藥劑箱內(nèi)抽取藥劑通過藥劑噴頭噴入到沉淀腔內(nèi)，與湖水接觸，湖水中的有害物質(zhì)與藥劑反應(yīng)后發(fā)生聚凝和沉降，聚積在沉淀腔的底部，從而與水體固液分離。同時(shí)攪動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)攪動(dòng)輥轉(zhuǎn)動(dòng)，利用攪動(dòng)板使得湖水與藥劑充分接觸，反應(yīng)效果好。此時(shí)移動(dòng)板在推動(dòng)機(jī)構(gòu)的推動(dòng)下密封沉淀腔的下端出口，使得湖水與藥劑有充足的時(shí)間進(jìn)行反應(yīng)。

3.4 曝氣處理

當(dāng)經(jīng)過充分的藥劑處理后，推動(dòng)機(jī)構(gòu)推動(dòng)移動(dòng)板移動(dòng)，直至移動(dòng)板的一端與限位機(jī)構(gòu)相接觸。此時(shí)，移動(dòng)板上的通孔恰好位于沉淀腔的下端出口處，使得湖水從沉淀腔通過過濾網(wǎng)進(jìn)入到集水斗內(nèi)，再通過噴淋管從噴淋頭噴出，沉淀腔內(nèi)的沉淀雜質(zhì)則留在沉淀腔內(nèi)，待后續(xù)清理。

而后利用驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)兩個(gè)吸附輥轉(zhuǎn)動(dòng)，從噴淋頭噴出的湖水與吸附輥上的吸附層接觸。吸附層內(nèi)的吸附劑將湖水中的異色、異味等吸附在吸附層上，去除湖水中的有害物質(zhì)，有效改善湖水水質(zhì)。

最后啟動(dòng)曝氣器，曝氣氣體從曝氣管進(jìn)入，沿著連通管從曝氣支管的曝氣孔噴出，從而充滿整個(gè)水體，對(duì)水體進(jìn)行曝氣處理，使得湖水保持良好的活性和含氧量。曝氣氣體的噴出還使得水體翻滾、涌動(dòng)，再次與吸附層接觸，進(jìn)一步進(jìn)行吸附處理，提高水質(zhì)。

3.5 后續(xù)工作

將沉淀腔內(nèi)沉淀的雜質(zhì)通過排污管排出，將曝氣腔內(nèi)的湖水通過凈水管排出。

4 凈水裝置的效果

本裝置由于采用了上述技術(shù)方案，具有以下有益效果[4]：

首先，除雜腔通過除雜滾輪將湖水中的雜草等柔性雜質(zhì)纏繞在除雜刷毛中，有效清除大部分的可見雜質(zhì)，避免影響后續(xù)的凈化操作。同時(shí)，利用緩沖板減緩水體流速和沖力，減慢水體進(jìn)入到沉淀腔內(nèi)的速度，延長(zhǎng)水體的處理時(shí)間，提高了處理效果。凸棱的設(shè)置一方面減緩流速，另一方面使得湖水中的泥沙等顆粒雜質(zhì)被阻攔在緩沖板上，使得從緩沖板流下的水體變得清澈。

其次，沉淀腔內(nèi)通過藥劑管將藥劑噴入凈化機(jī)體內(nèi)，使藥劑與水體充分接觸、反應(yīng)，將水體中的有害物質(zhì)去除。在藥劑反應(yīng)過程中，利用移動(dòng)板將沉淀腔的下端出口堵住，從而使得藥劑與水體的反應(yīng)時(shí)間充足，反應(yīng)徹底。當(dāng)反應(yīng)完成后，再利用推動(dòng)機(jī)構(gòu)推動(dòng)移動(dòng)板，使得經(jīng)過藥劑反應(yīng)的水體從通孔處流入到曝氣腔內(nèi)，設(shè)置的限位裝置用來限制移動(dòng)板的移動(dòng)位置，使得通孔能準(zhǔn)確與沉淀腔的下端出口相對(duì)應(yīng)，則處理后的水體可以從通孔流入到曝氣腔內(nèi)。

最后，曝氣腔內(nèi)采用多個(gè)上下水平分布的曝氣支管，使得氧氣充滿整個(gè)水體，有效增加水體含氧量，提高水體的自凈能力。

綜上所述，本研發(fā)裝置通過除雜腔、沉淀腔和曝氣腔的依次處理，減輕裝置的工作負(fù)擔(dān)，水體流速和處理時(shí)間可控，提高處理效率，使得處理后的水質(zhì)高。